Multisim仿真论文.doc

课程设计电路的仿真（设计）Electronic Circuit Simulation(Design) 学号：* 姓名：* 专业班级：* 系别：电子信息与控制工程系 指导教师：*日期：2012年7月1日摘要 此论文运用了Multisim7.0 进行了电路的模拟设计和仿真。此论文有三个部分组成：实验一为B类放大电路，实验二为整流电路，实验三为二阶有源低通滤波器。先用Multisim7.0对电路进行仿真，首先要搭建好电路，如果实验结果与理论不符合，则需要认真地检查电路的错误，并加以改正。改正以后，需要对电路的原理以及重要的元件的功能进行分析，然后截屏示波器的读数以及扫频仪的示数，在比较关键的时刻的数据需要指明。最后，可以改变一下电路的原件参数或者改变一下元件的方向，经过不断地调试使示波器、扫频仪等仪器出现的波形同原来的波形作比较，然后得出一定的结论。接着总结一下个人的心得体会以及电路在搭建过程中出现的问题，以及如何解决，最后注明参考的文献。 关键字：Multisim7.0、电路仿真、修改和调试、关键数据、结果分析Absract This paper Multisim7.0 using the simulation of the circuit design and simulation. This paper has three parts: the experiment for a class B amplifying circuit experiment 2 rectifier circuit, three for the second order active low-pass filter. Use first Multisim7.0 to circuit simulation, first to build good circuit, if the experimental and the theoretical dont conform to, need to be carefully check the mistakes of the circuit, and correct them. After correction, the need to the principle and important circuit of components of the function analysis, and then screenshots of oscilloscope readings and sweep frequency instrument of the number, in more critical moment of data to indicate. Finally, can change the original parameters of the circuit or change the direction of the components, and after keep debugging make the oscilloscope, the sweep frequency meter instruments such as the waveform of original appear compared to the wave, and then shows some conclusion. Then summarize the personal comments and circuit in the building process problems, and how to solve, finally reference the literature.Key word: Multisim7.0, circuit simulation, modify and debugging, key data and results目录摘要2Absract2前言4一、课题的发展和概述：4二、研究的可行性：42.1 Multisim介绍：42.2 Multisim 7仿真软件特点简介：5实验内容6实验一：放大电路6电路图分析：61.2 放大电路示波器读数：71.3 扫频仪读数：71.3.2 相频图如下图所示：8实验二：交流变直流电路92.1整流电路的仿真图分析：92.2 整流电路的示波器读数：102.2.1 当滤波电容为10uf时，示波器示数如下：102.2.2 当滤波电容为100uf时，示波器示数如下：112.2.3 当更换整流二极管的方向后：12实验三：二阶低通流波器143.1 二阶有源低通滤波器的电路仿真图如下图所示：143.2 二阶有源低通滤波器的示波器波形如下图所示：163.3二阶有源低通滤波器的扫频仪波形如下图所示：183.3.1 幅度波形如下：183.3.2 相位波形如下：18鸣谢20参考文献21前言一、课题的发展和概述：1.1 EDA简介：EDA是电子设计自动化（Electronic Design Automation）的缩写，在20世纪60年代中期从计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助测试（CAT）和计算机辅助工程（CAE）的概念发展而来的。EDA技术就是以计算机为工具，设计者在EDA软件平台上，用硬件描述语言VHDL完成设计文件，然后由计算机自动地完成逻辑编译、化简、分割、综合、优化、布局、布线和仿真，直至对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射和编程下载等工作。EDA技术的出现，极大地提高了电路设计的效率和可操作性，减轻了设计者的劳动强度。1.2 仿真简介：在软件环境下，验证电路的行为和设想中的是否一致。分类：（a）功能仿真：在RTL层进行的仿真，其特点是不考虑构成电路的逻辑和门的时间延迟，着重考虑电路在理想环境下的行为和设计构想的一致性；（b) 时序仿真：又称为后仿真，是在电路已经映射到特定的工艺环境后，将电路的路径延迟和门延迟考虑进对电路行为的影响后，来比较电路的行为是否还能够在一定条件下满足设计构想。1.3 EDA与仿真的联系：我们大家可能都用过试验板或者其他的原件制作过一些电子类产品进行实践。但是有的时候，我们会发现做出来的东西有很多的问题，事先并没有想到，这样一来就浪费了我们的很多时间和物资。而且增加了产品的开发周期和延续了产品的上市时间，从而使产品失去市场竞争优势。有没有能够不动用电烙铁试验板就能知道结果的方法呢？结论是有，这就是电路设计（EDA）与仿真技术。EDA工具软件可大致可分为芯片设计辅助软件、可编程芯片辅助设计软件、系统设计辅助软件等三类。电子电路设计与仿真工具包括SPICE/PSPICE；multiSIM7；SystemView；MMICAD LiveWire、Edison、Tina Pro Bright Spark等。二、研究的可行性：2.1 Multisim介绍： Multisim是美国国家仪器（NI）有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。 2.2 Multisim 7仿真软件特点简介： Multisim 7 是早期的 Electronic Worbench(EWB)的升级换代的产品。早期的 EWB与 Multisim7 在功能上不能同日而语。Multisim 7提供了功能更强大的电子仿真设计界面，能 进行射频、PSPICE、VHEDL、MCU 等方面的仿真。Multisim 7提供了更为方便的电路图和文件管理功能。更重要的是，Multisim 7使电路原理图的仿真与完成PCB 设计的Ultiboard10 仿真软件结合起来一起构成新一代的 EWB 软件，使电子线路的仿真与 PCB的制作更为高效。通过将Multisim 7 电路仿真软件和LabVIEW 测量软件相集成，需要设计制作自定义PCB 的工程师能够非常方便地比较仿真数据和真实数据，规避设计上的反复，减少原型错误并缩短产品上市的时间。熟练掌握Multisim 7电路仿真软件已成为当今电子电路分析和设计人员所必需具备的基本技能之一。2.3 Multisim与其他EDA软件相比：相对于其它EDA软件，它具有更加形象直观的人机交互界面，特别是其仪器仪表库中的各仪器仪表与操作真实实验中的实际仪器仪表完全没有两样，但它对模数电路的混合仿真功能却毫不逊色，几乎能够100%地仿真出真实电路的结果，并且它在仪器仪表库中还提供了万用表、信号发生器、瓦特表、双踪示波器（对于Multisim7还具有四踪示波器）、波特仪、字信号发生器、失真度分析仪、频谱分析仪及电流表等仪器仪表等。实验内容实验一：放大电路1.1放大电路的仿真图：电路图分析：1.1.1 此电路为放大电路为B类功率放大电路。解释：A类功率放大器的线性度好，功率传递能力差，效率最大值为50%，导通角为360;B类功率放大器通过减少一个周期中晶体管工作的时间来提高效率(最好可达78.5%)，保持了实现线性调制的可能性，工作周期为半周期。1.1.2 此电路有3部分构成：输入级、中间级、输出级。 输入级：有两个NPN型三极管构成的双端输入单端输出的差分放大电路。图中，电阻R3是T1和T2两管的公共射极电阻。它的作用是稳定静态工作点，对零漂做进一步的仰制。电阻Re常用等效内阻极大的恒流源来代替，以便更有效地提高抑制零漂的作用。负电源-VEE用来补偿射极电阻Re两端的直流压降，以避免采用电压过高的单一正电源+v3，并可扩大输出电压范围，使两基极的静态电位为零 。 中间级：中间级得两个二极管和电阻R8分别起到了增加Q3和Q4的偏置电压，减少交越失真。电容C1的作用有两个：一方面将放大器与信号源和负载之间的直流联系隔断；另一方面保证二者之间的交流通道畅通。 输出级：上半部分有Q6和Q7两个NPN型三极管组合成一个NPN型三极管，使其提高放大能力。同理，下半部分有Q5和Q8两个PNP型三极管组合成一个PNP型三极管，以提高其放大能力。1.2 放大电路示波器读数：示波器图形分析：1.2.1 图中红色正弦波（通道A）为输入波形，蓝色（通道B）为输出波形。1.2.2 电压放大倍数(增益)：N=2.369V/141.332mv=17。1.2.3 图中相反按键可以改变波形底色。1.3 扫频仪读数：1.3.1 相频图像如下图所示： 幅频特性分析：由以上两个图作比较可知，通频带的频率约为：76.598HZ，而上限截止频率为：364.543kHz。1.3.2 相频图如下图所示：相频特性分析:在误差允许的范围内（理想-180Deg，实际-171.846Deg）它的频率为3.456MHz。实验二：交流变直流电路2.1整流电路的仿真图分析：电路图分析：2.1.1 此电路为交流变直流电路，输入为交流电，输出为直流电。整流电路的作用是将交流降压电路输出的电压较低的交流电转换成单向脉动性直流电，这就是交流电的整流过程，整流电路主要由整流二极管组成。经过整流电路之后的电压已经不是交流电压，而是一种含有直流电压和交流电压的混合电压，习惯上称单向脉动性直流电压。2.1.2 此电路可分为两个部分：前半部分为半波整流电路，后半部分为滤波电路。 整流电路：D1、D2为整流二极管，其整流作用。U1和U2为运算放大器，运算放大器时，会将其输出端与其反相输入端（inverting input node）连接，形成一负反馈（negative feedback）组态。原因是运算放大器的电压增益非常大，范围从数百至数万倍不等，使用负回授方可保证电路的稳定运作。 滤波电路：图中C1为滤波电容（整流电路两端用以降低交流脉动波纹系数提升高效平滑直流输出的一种储能器件），电解电容的一端为正极，另一端为负极，正极端连接在整流输出电路的正端，负极连接在电路的负端。在所有需要将交流电转换为直流电的电路中，设置滤波电容会使电子电路的工作性能更加稳定，同时也降低了交变脉动波纹对电子电路的干扰。2.2 整流电路的示波器读数：2.2.1 当滤波电容为10uf时，示波器示数如下：示波器数据分析：输出和输入信号变化稍微有点快，并且输出信号（蓝线）不断增加，等增加到一定程度后，不再增加。通道A为输入端，B通道为输出端。可知，在504.357ms时，输入交流电压的最大值：2.821V，输出直流电为：1.927V。输出波形不太平直，有点褶皱。2.2.2 当滤波电容为100uf时，示波器示数如下：示波器数据分析：当更换滤波电容后发现示波器输入的信号变换比较缓慢，输出信号增加也比较缓慢，并且输出的波形近似可以看成是一条直线。通道A在6.938s时的交流电压为2.827V，通道B的直流电压为1.941V。2.2.3 当更换整流二极管的方向后：a.当示波器调试好后刻度以及通道A、B的数据不发生改变时，更换D2的方向后：b.当示波器调试好后刻度以及通道A、B的数据不发生改变时，更换D1、D2的方向后，波形如下：c.当示波器调试好后刻度以及通道A、B的数据不发生改变时，更换D1的方向后：分析总结： 在0时间内，V1为正半周即变压器上端为正下端为负。此时二极管承受正向电压面导通，在2 时间内，V1为负半周。这时D2承受反向电压，不导通。在23时间内，重复0 时间的过程，而在34时间内，又重复2时间的过程这样反复下去，交流电的负半周就被削掉了，只有正半周通过，在示波器上获得了一个单一右向（上正下负）的电压，达到了整流的目的。以及负载电流的大小还随时间而变化，因此，通常称它为脉动直流。实验三：二阶低通流波器3.1 二阶有源低通滤波器的电路仿真图如下图所示：电路图分析：3.1.1 此电路为二阶有源低通有源滤波器。滤波器是一种能使有用频率信号通过而同时抑制无用频率信号的电子装置，常用于信号 处理、数据传输和干扰抑制等方面，有源低通滤波电路由集成运放和无源元件电阻和电容构成。它的功能是允许从零到某个截止频率的信号无衰减地通过，而对其他频率的信号有抑制作用。有源低通滤波电路可以用来滤除高频干扰信号。3.1.2 一阶低通滤波器特点是电路简单，阻带衰减太慢，选择性较差。二阶低通滤波器是在一阶低通滤波器的基础上，再加一节RC低通滤波环节的电路。它比一阶低通滤波器的滤波效果要好。3.2 二阶有源低通滤波器的示波器波形如下图所示：分析可知： 图示红色为输入波形，橙色为输出波形，其中红色输出波形为两个不同频率交流电压源的叠加，二橙色为100Hz形成的输出波形，高频1000Hz被滤波器滤掉。 a.当仅有100Hz、10mV交流电压源时，波形如下所示： b.当仅有1000Hz、10mV交流电压源时，波形如下所示：3.3二阶有源低通滤波器的扫频仪波形如下图所示：3.3.1 幅度波形如下：分析可知：当幅度为0.084约为0db时，频率为：64.661Hz。3.3.2 相位波形如下：分析可知：当相位约为-180Deg（实际为-179.865Deg）时，频率为13.583kHz。工作总结：通过上机实践操作multisim7，学会了如何搭建简单基本的电路。为以后向更高更深的方向的发展奠定了基础和指明了方向，在搭建电路的过程中也遇到了不少的问题：电路一、Q3和D1之间的的交点丢失，波形只有半波。电路二、V1下面没有接地。波形如下图所示：电路三、滑动变阻器的电阻原来是50K欧姆（正确应该为5k欧姆）时，如下图所示：结果和个人总结：因为是第一次接触Multisim这个软件，刚开始有点生疏，找元件的时候可能比较慢，但是画过几个图后，开始慢慢熟悉了，基本常用的那些原件都可以找到。实验结果刚开始都出现了不同的问题，有的是忘了接地，有的是两条线交叉的时候忘了点点，有的是原件的参数不对等。不过经过不断地审查和调试，结果都出来了，颇有收获。这次上机实验为以后电路的设计奠定了基础和指明了方向。鸣谢在这短短的几天内，完成了小学期的电路的仿真任务，这离不开我的努力，但是也更离不开刘老师